СПОСОБ ШТАМПОВКИ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B21D22/02 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам штамповки деталей из листа, и может быть использовано при изготовлении деталей, имеющих полую чашу и плоский широкий фланец.

Известен способ штамповки деталей с плоским широким фланцем путем инструментальной вытяжки (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л. Машиностроение, 1971, с. 189). Формообразование детали осуществляется в результате многопереходного втягивания металла в рабочее окно матрицы.

Недостаток этого способа заключается в том, что при вытяжке в результате втягивания металла размеры фланца существенно сокращаются. Для изготовления детали с заданными размерами фланца необходимо использовать заготовку из листа с увеличенными исходными размерами. Кроме этого, при инструментальной вытяжки дно заготовки практически не деформируется. Металл деформируется неравномерно, уточняется, в основном, в зоне радиусного перехода (в этом сечении и происходит разрушение заготовки). Пластические свойства металла по очагу деформации используются не полностью, что снижает глубину вытяжки и требует увеличения размеров исходной заготовки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является штамповка по схеме: эластичный пуансон жесткая матрица (Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М. Машиностроение, 1967, с. 339). Формообразование детали осуществляется, в основном, в результате формовки (растяжения) части заготовки, расположенной над рабочим окном матрицы.

Недостаток способа заключается в том, что использование эластичного пуансона создает на промежуточных стадиях деформирования плавные радиусы скругления заготовки. Это приводит к нерегулируемому утонению центральной части донного участка заготовки. Именно здесь происходит наиболее интенсивное утонение и растяжение металла, а также разрушение заготовки. В результате высокой неравномерности деформации утонения, пластические свойства металла по очагу деформации используются не полностью, что приводит к увеличению размеров исходной заготовки из листа и снижает глубину вытяжки за переход.

Поставлена задача разработать способ штамповки полых деталей с широким фланцем, который позволит снизить расход штампуемого металла за счет уменьшения размеров исходной заготовки из листа, а также увеличить глубину штампуемой детали.

Отмеченные эффекты могут быть достигнуты путем выравнивания деформации утонения по образующей чаши штампуемой детали. Ликвидируя сосредоточенное утонение заготовки и равномерно утоняя металл в зоне чаши до максимально возможной величины, которая пропорциональна пластичности штампуемого металла, становится возможным максимально увеличить площадь поверхности заготовки в процессе формообразования. Это позволяет уменьшить исходные размеры заготовки из листа и увеличить глубину штампуемой детали.

Поставленная задача решается тем, что в способе штамповки полых деталей с широким фланцем, включающим прижим периферийной части заготовки и вытяжку-формовку ее центральной части, согласно изобретению, в процессе вытяжки увеличивают давление прижима, осуществляя торможение фланца до его полной остановки при величине площади поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы F_вт, равной

где F_ч площадь поверхности чаши готовой детали;
S_o исходная толщина заготовки из листа;
S_ч средняя толщина чаши готовой детали; которая определяется по зависимости:

где n показатель интенсивности упрочнения штампуемого листа;
а затем при неподвижном фланце заготовки пуансоном осуществляют растяжение и утонение предварительно вытянутой части заготовки до величины средней толщины чаши готовой детали.

Таким образом, если деталь изготавливается по традиционной методике, то площадь поверхности заготовки, требуемая для формообразования чаши, определяется из условия постоянства площади поверхности заготовки, то есть
F_вт F_ч
При штамповке по заявленному способу-изобретению заготовка в зоне чаши равномерно утоняется до величины S_ч, что позволяет уменьшить требуемую на формообразование чаши площадь заготовки до величины

На фиг.1 показано завершение этапа формообразования детали, путем втягивания в рабочее окно матрицы площади поверхности заготовки, равной

Размер фланца детали на этом этапе уменьшился до величины A_фл.

На фиг.2 завершение формообразования детали в результате утонения и растяжения предварительно вытянутой части заготовки до толщины детали в зоне чаши, равной:

при сохранении размера неподвижного фланца А_фл.

На фигурах приняты следующие обозначения: 1 пуансон, 2 прижим, 3 - матрица, 4 готовая деталь.

Способ осуществляется следующим образом. Плоскую заготовку из листа устанавливают на матрицу 3 и прижимом 2 прижимают по периферийной части. Пуансон 1 начинает процесс формообразования детали путем втягивания плоской заготовки в рабочее окно матрицы 3. При этом, чем на большую глубину вытягивают деталь, тем интенсивнее фланец втягивается в рабочее окно матрицы, сокращая свои размеры.

Взаимосвязь геометрических размеров деформируемой заготовки (глубины чаши и размеров фланца) определяют по традиционной методике из условия постоянства площади поверхности заготовки.

По заявленному способу вытяжку осуществляют таким образом, что давление прижима постоянно увеличивают. Это приводит к увеличению сил, тормозящих перемещение фланца, до его постепенной полной остановки.

Условия трения между заготовкой и инструментом и интенсивность роста давления прижима задают таким образом, чтобы полная остановка фланца произошла в тот момент, когда площадь поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы, достигнет величины

Размер фланца к этому моменту уменьшается до размера А_фл.

При дальнейшем рабочем ходе пуансона формообразование детали осуществляется при полностью неподвижном фланце за счет формовки-растяжения предварительно вытянутой части заготовки, производя принудительное утонение металла в зоне чаши.

Равномерного утонения заготовки в зоне чаши при неподвижном фланце достигают путем минимизации сил трения между заготовкой и пуансоном, то есть, в очаге деформации создают такие условия трения, что силы трения между заготовкой и инструментом близки к нулю. При этих условиях формовка-растяжение части заготовки, предварительно втянутой в рабочее окно матрицы, происходит достаточно интенсивно с выравниванием толщины металла в зоне чаши.

Таким образом, в результате такого механизма деформирования заготовки, в зоне чаши толщина заготовки достаточно равномерно выравнивается, что позволяет практически полностью использовать пластические свойства металла, увеличить глубину вытяжки и уменьшить исходные размеры заготовки из листа.

Максимальный эффект уменьшения размеров заготовки от использования способа достигается в результате рационального сочетания двух операций - вытяжки и формовки. Соотношение между ними зависит от пластических свойств штампуемой заготовки. Чем выше пластичность металла, тем на большую величину можно растянуть и утонить предварительно вытянутую часть заготовки, и, следовательно, на меньшую глубину требуется втягивать заготовку в рабочее окно матрицы на стадии вытяжки.

Следовательно при более высоких пластических свойствах металла усилие прижима Р в процессе вытяжки должно возрастать более интенсивно, чтобы перемещение фланца прекратилось на ранних стадиях процесса и дальнейшее формообразование детали осуществлялось лишь в результате принудительного утонения заготовки.

В условиях принудительного утонения равномерного характера можно считать, что схема напряженного состояния близка к плоскому растяжению. При таком условии максимальную деформацию утонения ε_S, при которой не происходит разрушения металла, можно принять равной:

(Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металла. М. Металлургия, 1972, с. 333). В этой зависимости n показатель интенсивности упрочнения металла. Величина показателя n определяется согласно ГОСТ 11701-84.

Таким образом теоретическая минимальна допустимая толщина, до которой можно утонять заготовку без разрушения, равна:

Очевидно, что принудительно утоняя предварительно вытянутую часть заготовки, нельзя добиться абсолютно одинаковой толщиной по очагу деформации и будут отклонения толщины от средне арифметического значения в какую либо сторону. Для учета этого отклонения в реальных условиях деформирования в расчетную зависимость введен доверительный интервал средней толщины чаши детали, величиной в 10 от толщины заготовки:

Для практического осуществления способа штамповки размеры исходной заготовки из листа можно определить из следующих соотношений. Условие постоянства объема заготовки записывается:
V_з V_ч + V_фл
где V_з объем исходной заготовки из листа;
V_ч объем металла, необходимый для изготовления чаши детали;
V_фл объем металла в плоском фланце детали.

В процессе формообразования детали толщина фланца изменяется незначительно и можно принять его толщину, равной исходной толщине заготовки S_o.

Толщина листа в зоне чаши детали, штампованной по заявлянному способу, равна минимально допустимой величине

С учетом этого, условие постоянства объема запишется в виде:

где F_фл, F_ч, F_з соответственно площади плоского фланца готовой детали, чаши готовой детали и площадь поверхности исходной заготовки из листа.

Отсюда, площадь поверхности исходной заготовки из листа, необходимой для изготовления детали с заданными размерами фланца и чаши определится:

Таким образом, согласно способу, на стадии вытяжки в рабочее окно матрицы нужно втянуть столько металла, чтобы утоняя его и растягивая до минимально допустимой величины, объема металла хватило на формообразование чаши заданного размера, и процесс формообразования осуществлялся устойчиво, без разрушения металла.

Из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т штампуется деталь с плоским фланцем и коробчатой чашей. Размеры детали следующие: размер чаши в плане 800 х 800 мм, глубина чаши 200 мм, размер фланца готовой детали 1000 х 1000 мм. Металл имеет показатель упрочнения n 0,3.

По прототипу размер исходной заготовки из листа равнялся 1200 х 1200 мм, толщина заготовки из листа 1 мм.

При изготовлении этой детали по способу стало возможным уменьшить размер исходной заготовки из листа до размера 1100 х 1100 мм.

Штамповка осуществлялась в следующей последовательности: сначала осуществлялась вытяжка заготовки с перемещением фланца и уменьшением его размера до величины 1000 х 1000 мм, затем утонение и растяжение предварительно вытянутой части заготовки до ее полного прилегания к матрице при неподвижном фланце. Замер толщины и последующая обработка результатов эксперимента позволяли установить доверительный интервал средней толщины детали в зоне чаши:

Таким образом, использование способа штамповки, сочетающего вытяжку и последующую формовку-растяжение предварительно вытянутой части заготовки позволило уменьшить размер исходной заготовки из листа и снизить расход штампуемого металла на 19

Использование: в способах штамповки деталей из листа, имеющих полую чашу и плоский широкий фланец. Сущность изобретения: способ штамповки полых деталей, состоящих из чаши и плоского широкого фланца, включает прижим периферийной части заготовки и вытяжку-формовку ее центральной части. В процессе вытяжки увеличивают давление прижима, осуществляя торможение фланца до его полной остановки при величине площади поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы F_вт, равной F_вт = F_ч•(S_r/S_o), где: F_ч - площадь поверхности чаши готовой детали; S_o - толщина исходной заготовки из листа; S_ч - средняя толщина чаши готовой детали, определяемая из соотношения:
S_ч = S_oexp(-3n/2)±0,1S_oexp(-3n/2),
где n - показатель интенсивности упрочнения штампуемого материала. Затем, при неподвижном фланце заготовки осуществляют равномерное растяжение и утонение предварительно вытянутой части заготовки по величине средней толщины чаши готовой детали. Технический результат - снижение расхода штампуемого металла за счет уменьшения размеров заготовки и увеличение глубины штампуемой детали. 2 ил.

Способ штамповки полых деталей, состоящих из чаши и плоского широкого фланца, включающий прижим периферийной части заготовки и вытяжку-формовку ее центральной части, отличающийся тем, что в процессе вытяжки увеличивают давление прижима, осуществляя торможение фланца до его полной остановки при величине площади поверхности заготовки, втянутой в рабочее окно матрицы F_вт, равной
F_вт F_ч • S_ч/S_o,
где F_ч площадь поверхности чаши головой детали;
S_o толщина исходной заготовки из листа;
S_ч средняя толщина чаши готовой детали, определяемой из соотношения
S_ч S_o exp (-3•n / 2) ± 0,1 S_o exp (-3•n / 2),
где n показатель интенсивности упрочнения штампуемого металла,
а затем при неподвижном фланце заготовки осуществляют равномерное растяжение и утонение предварительно вытянутой части заготовки до величины средней толщины чаши готовой детали.